JP2008294190A - Substrate treating system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、半導体装置を製造するために、例えばウェーハ等の基板を処理する基板処理装置に関するものである。 The present invention relates to a substrate processing apparatus that processes a substrate such as a wafer, for example, in order to manufacture a semiconductor device.
従来の気化器２４２の例を図３と図４に示す。気化器２４２は、気化室２５０とそれを加熱するヒータ（図示しない）を備えており、ヒータによって適切な温度分布に加熱された気化室２５０に、導入口２５１から液体原料が供給される。液体材料は、気化室２５０内で加熱され、気化する。そして、気化材料は一つしか無い排出口２５２ａより排出される。
次に、従来の気化器２４２を設けた装置の概要図を図１と図２に示す。図１のように、気化器２４２の２次側には、処理室２０１への供給と排気の切り替えのための流路分岐機構が必要であり、その理由は下記の通りである。
気化処理において、気化開始時は、液体材料の供給量や気化具合が不安定である過度期があり、次第に、これらが安定する。気化処理において、気化開始時は、液体材料の供給量や気化具合が不安定である過度期があり、次第に、これらが安定する。
そこで、処理室２０１への供給と排気の切り替え手段として、気化器２４２の２次側に流路分岐を設け、さらに、分岐したそれぞれの流路に第１のバルブ２４３ａおよび第８のバルブ２４３ｈを設け、流路を切り替えている。ここで、第1のバルブ２４３ａおよび第８のバルブ２４３ｈは２連３方バルブといった多方バルブである場合もある。
An example of a conventional vaporizer 242 is shown in FIGS. The vaporizer 242 includes a vaporization chamber 250 and a heater (not shown) for heating the vaporization chamber 250, and the liquid raw material is supplied from the inlet 251 to the vaporization chamber 250 heated to an appropriate temperature distribution by the heater. The liquid material is heated in the vaporization chamber 250 and vaporizes. And the vaporization material is discharged | emitted from the discharge port 252a which has only one.
Next, a schematic view of an apparatus provided with a conventional vaporizer 242 is shown in FIGS. As shown in FIG. 1, the secondary side of the vaporizer 242 needs a flow path branching mechanism for switching between supply to the processing chamber 201 and exhaust, and the reason is as follows.
In the vaporization process, at the start of vaporization, there is an excessive period in which the supply amount and vaporization state of the liquid material are unstable, and these gradually become stable. In the vaporization process, at the start of vaporization, there is an excessive period in which the supply amount and vaporization state of the liquid material are unstable, and these gradually become stable.
Therefore, as a means for switching between supply and exhaust to the processing chamber 201, a flow path branch is provided on the secondary side of the carburetor 242, and a first valve 243a and an eighth valve 243h are provided in each branched flow path. The flow path is switched. Here, the first valve 243a and the eighth valve 243h may be multi-way valves such as two-way three-way valves.
また、図２のように、多段供給を行う場合、気化器２４２の２次側には、複数の処理室供給流路の切り替えのための流路分岐機構が必要である。 Further, as shown in FIG. 2, when performing multistage supply, a flow path branching mechanism for switching a plurality of process chamber supply flow paths is required on the secondary side of the vaporizer 242.
図２に示す装置では、上下方向に積層配列した基板２００に対し、ノズルを介して所望の位置にガスを供給する。ガス供給量を上下方向に調節する場合、ガス噴出位置が上下方向に異なる複数のノズルを設け、それぞれに接続される流路に切り替えて、気化材料を供給する。
そこで、複数の流路の切り替え手段として、気化器２４２の２次側に複数の流路分岐を設け、さらに、分岐したそれぞれの流路に第１のバルブ２４３ａおよび第７のバルブ２４３ｇを設け、流路を切り替えている。ここで、第1のバルブ２４３ａおよび第７のバルブ２４３ｇは２連３方バルブといった多方バルブである場合もある。
In the apparatus shown in FIG. 2, a gas is supplied to a desired position through a nozzle with respect to the substrate 200 stacked in the vertical direction. When adjusting the gas supply amount in the vertical direction, a plurality of nozzles having different gas ejection positions in the vertical direction are provided, and the vaporized material is supplied by switching to the flow path connected to each nozzle.
Therefore, as a means for switching between the plurality of channels, a plurality of channel branches are provided on the secondary side of the vaporizer 242, and further, a first valve 243a and a seventh valve 243g are provided in each branched channel, The flow path is switched. Here, the first valve 243a and the seventh valve 243g may be multi-way valves such as two-way three-way valves.
ここで、図１と図２のいずれの例においても、気化器２４２の2次側から処理室までの流路では、気化材料の再液化を抑制する必要がある。なぜなら、再液化が発生すると、それ自体が流路を塞いだり、好ましくない分解反応による残渣を堆積させてパーティクルを発生させるなど、安定した気化材料の供給を阻害するからである。気化材料の再液化を防ぐためには、流路の温度管理、圧力損失低減、淀み点低減が有効である。
温度管理を行うためには、配管やバルブにヒータを設け、温度制御器により適切な温度に制御する。
Here, in any of the examples of FIGS. 1 and 2, it is necessary to suppress reliquefaction of the vaporized material in the flow path from the secondary side of the vaporizer 242 to the processing chamber. This is because when re-liquefaction occurs, it blocks the flow path itself, deposits residues due to undesirable decomposition reactions, and generates particles, thereby hindering the stable supply of vaporized material. In order to prevent re-liquefaction of the vaporized material, temperature control of the flow path, pressure loss reduction, and stagnation point reduction are effective.
In order to perform temperature management, a heater is provided in the piping and valves, and the temperature is controlled by a temperature controller.
圧力損失低減のためには、配管径を大きくしたり、流路長を短くしたり、屈曲箇所や分岐箇所を少なくすることが有効である。淀み点低減のためには、屈曲箇所や分岐箇所を少なくすることが有効である。 In order to reduce the pressure loss, it is effective to increase the pipe diameter, shorten the flow path length, and reduce the number of bent portions and branched portions. In order to reduce the stagnation point, it is effective to reduce the number of bent portions and branched portions.
しかし、図１や図２に示す従来の装置では、気化器２４２の２次側に流路分岐を設けることにより、圧力損失を引き起こし、淀み点を発生させ、再液化の可能性を高めてしまう。 However, in the conventional apparatus shown in FIGS. 1 and 2, by providing a flow path branch on the secondary side of the vaporizer 242, a pressure loss is caused, a stagnation point is generated, and the possibility of reliquefaction is increased. .
また、気化器２４２から処理室間に多くのバルブが配されることにより、その設置スペースが大きくなってしまい、流路が長くなったり、場合によっては設置のための屈曲部を必要とし、これらもまた、圧力損失を引き起こし、淀み点を発生させ、再液化の可能性を高めてしまう。 Further, since many valves are arranged between the vaporizer 242 and the processing chamber, the installation space becomes large, the flow path becomes long, and in some cases, a bent portion for installation is required. Also causes pressure loss, creates a stagnation point and increases the possibility of reliquefaction.
さらに、ヒータ加熱機構の複雑化も招き、制御性能の低下やコスト高、メンテナンス難易度を上げてしまう。 In addition, the heater heating mechanism is complicated, and the control performance is lowered, the cost is increased, and the maintenance difficulty is increased.
そこで本発明は、気化材料の再液化を抑制し、生産性を向上させることが可能な基板処理装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus capable of suppressing reliquefaction of a vaporized material and improving productivity.
本発明の一態様によれば、液体材料を気化させ、処理室内に導入し、基板上に所望の成膜を行う基板処理装置において、複数の排出口を有する気化室を設けた気化器を具備し、一部の前記排出口より、バルブを介し、気化材料を排気する流路を設け、他の前記排出口より、バルブを介して、気化材料を反応室内に供給する流路を設け、それぞれのバルブの開閉を操作し、気化材料の排気と供給を切り替えることを特徴とする半導体製造装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, a substrate processing apparatus that vaporizes a liquid material, introduces the liquid material into the processing chamber, and performs a desired film formation on the substrate, includes a vaporizer provided with a vaporizing chamber having a plurality of discharge ports. A flow path for exhausting the vaporized material from some of the exhaust ports via a valve, and a flow path for supplying the vaporized material to the reaction chamber via a valve from the other exhaust ports, A semiconductor manufacturing apparatus is provided that operates to open and close the valve to switch between exhaust and supply of the vaporized material.
本発明によれば、気化材料の再液化を抑制し、生産性を向上させることが可能な基板処理装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the substrate processing apparatus which can suppress reliquefaction of a vaporization material and can improve productivity can be provided.
以下に、本発明に係る一実施形態について図面を参照して説明する。 An embodiment according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
本発明を実施するための最良の形態において、基板処理装置は、一例として、半導体装置（IC）の製造方法における処理工程を実施する半導体製造装置として構成されている。尚、以下の説明では、基板処理装置として基板に酸化、拡散処理やＣＶＤ処理などを行なう縦型の装置（以下、単に処理装置という）を適用した場合について述べる。図５は、本発明に適用される処理装置の斜透視図として示されている。図６は、図５に示す処理装置の側面透視図である。 In the best mode for carrying out the present invention, as an example, the substrate processing apparatus is configured as a semiconductor manufacturing apparatus that performs processing steps in a method of manufacturing a semiconductor device (IC). In the following description, a case where a vertical apparatus (hereinafter simply referred to as a processing apparatus) that performs oxidation, diffusion processing, CVD processing, or the like is applied to the substrate as the substrate processing apparatus will be described. FIG. 5 is shown as a perspective view of a processing apparatus applied to the present invention. 6 is a side perspective view of the processing apparatus shown in FIG.
図５および図６に示されているように、シリコン等からなるウェーハ（基板）２００を収納したウェーハキャリアとしてのカセット１１０が使用されている本発明の処理装置１０１は、筐体１１１を備えている。筐体１１１の正面壁１１１ａの下方にはメンテナンス可能なように設けられた開口部としての正面メンテナンス口１０３が開設され、この正面メンテナンス口１０３を開閉する正面メンテナンス扉１０４が建て付けられている。メンテナンス扉１０４には、カセット搬入搬出口（基板収容器搬入搬出口）１１２が筐体１１１内外を連通するように開設されており、カセット搬入搬出口１１２はフロントシャッタ（基板収容器搬入搬出口開閉機構）１１３によって開閉されるようになっている。カセット搬入搬出口１１２の筐体１１１内側にはカセットステージ（基板収容器受渡し台）１１４が設置されている。カセット１１０はカセットステージ１１４上に工程内搬送装置（図示せず）によって搬入され、かつまた、カセットステージ１１４上から搬出されるようになっている。 As shown in FIGS. 5 and 6, the processing apparatus 101 of the present invention using a cassette 110 as a wafer carrier containing a wafer (substrate) 200 made of silicon or the like includes a casing 111. Yes. Below the front wall 111a of the housing 111, a front maintenance port 103 serving as an opening provided for maintenance is opened, and a front maintenance door 104 for opening and closing the front maintenance port 103 is installed. In the maintenance door 104, a cassette loading / unloading port (substrate container loading / unloading port) 112 is established so as to communicate between the inside and outside of the casing 111. The cassette loading / unloading port 112 is open / closed by a front shutter (substrate container loading / unloading port opening / closing). The mechanism is opened and closed by a mechanism 113. A cassette stage (substrate container delivery table) 114 is installed inside the casing 111 of the cassette loading / unloading port 112. The cassette 110 is carried onto the cassette stage 114 by an in-process carrying device (not shown), and is also carried out from the cassette stage 114.
カセットステージ１１４は、工程内搬送装置によって、カセット１１０内のウェーハ２００が垂直姿勢となり、カセット１１０のウェーハ出し入れ口が上方向を向くように載置される。カセットステージ１１４は、カセット１１０を筐体後方に右回り縦方向９０°回転し、カセット１１０内のウェーハ２００が水平姿勢となり、カセット１１０のウェーハ出し入れ口が筐体後方を向くように動作可能となるよう構成されている。 The cassette stage 114 is placed by the in-process transfer device so that the wafer 200 in the cassette 110 is in a vertical posture and the wafer loading / unloading port of the cassette 110 faces upward. The cassette stage 114 can be operated so that the cassette 110 rotates 90 degrees clockwise in the rearward direction, the wafer 200 in the cassette 110 is in a horizontal posture, and the wafer loading / unloading port of the cassette 110 faces the rear of the casing. It is configured as follows.
筐体１１１内の前後方向の略中央部には、カセット棚（基板収容器載置棚）１０５が設置されており、カセット棚１０５は複数段複数列にて複数個のカセット１１０を保管するように構成されている。カセット棚１０５にはウェーハ移載機構１２５の搬送対象となるカセット１１０が収納される移載棚１２３が設けられている。 A cassette shelf (substrate container mounting shelf) 105 is installed at a substantially central portion in the front-rear direction in the casing 111, and the cassette shelf 105 stores a plurality of cassettes 110 in a plurality of rows and a plurality of rows. It is configured. The cassette shelf 105 is provided with a transfer shelf 123 in which the cassette 110 to be transferred by the wafer transfer mechanism 125 is stored.
また、カセットステージ１１４の上方には予備カセット棚１０７が設けられ、予備的にカセット１１０を保管するように構成されている。 Further, a preliminary cassette shelf 107 is provided above the cassette stage 114, and is configured to store the cassette 110 preliminary.
カセットステージ１１４とカセット棚１０５との間には、カセット搬送装置（基板収容器搬送装置）１１８が設置されている。カセット搬送装置１１８は、カセット１１０を保持したまま昇降可能なカセットエレベータ（基板収容器昇降機構）１１８ａと搬送機構としてのカセット搬送機構（基板収容器搬送機構）１１８ｂとで構成されており、カセットエレベータ１１８ａとカセット搬送機構１１８ｂとの連続動作により、カセットステージ１１４、カセット棚１０５、予備カセット棚１０７との間で、カセット１１０を搬送するように構成されている。 A cassette carrying device (substrate container carrying device) 118 is installed between the cassette stage 114 and the cassette shelf 105. The cassette transport device 118 includes a cassette elevator (substrate container lifting mechanism) 118a that can be moved up and down while holding the cassette 110, and a cassette transport mechanism (substrate container transport mechanism) 118b as a transport mechanism. The cassette 110 is transported between the cassette stage 114, the cassette shelf 105, and the spare cassette shelf 107 by continuous operation of the cassette transport mechanism 118b.
カセット棚１０５の後方には、ウェーハ移載機構（基板移載機構）１２５が設置されており、ウェーハ移載機構１２５は、ウェーハ２００を水平方向に回転ないし直動可能なウェーハ移載装置（基板移載装置）１２５ａおよびウェーハ移載装置１２５ａを昇降させるためのウェーハ移載装置エレベータ（基板移載装置昇降機構）１２５ｂとで構成されている。ウェーハ移載装置エレベータ１２５ｂは、耐圧筐体１１１の右側端部に設置されている。これら、ウェーハ移載装置エレベータ１２５ｂおよびウェーハ移載装置１２５ａの連続動作により、ウェーハ移載装置１２５ａのツイーザ（基板保持体）１２５ｃをウェーハ２００の載置部として、ボート（基板保持具）２１７に対してウェーハ２００を装填（チャージング）および脱装（ディスチャージング）するように構成されている。 A wafer transfer mechanism (substrate transfer mechanism) 125 is installed behind the cassette shelf 105, and the wafer transfer mechanism 125 is a wafer transfer device (substrate) that can rotate or linearly move the wafer 200 in the horizontal direction. (Transfer device) 125a and wafer transfer device elevator (substrate transfer device lifting mechanism) 125b for moving the wafer transfer device 125a up and down. The wafer transfer device elevator 125 b is installed at the right end of the pressure-resistant housing 111. By the continuous operation of the wafer transfer device elevator 125b and the wafer transfer device 125a, the tweezer (substrate holding body) 125c of the wafer transfer device 125a is used as a mounting portion for the wafer 200 with respect to the boat (substrate holding member) 217. The wafer 200 is loaded (charged) and unloaded (discharged).
図５に示されているように、筐体１１１の後部上方には、処理炉２０２が設けられている。処理炉２０２の下端部は、炉口シャッタ（炉口開閉機構）１４７により開閉されるように構成されている。 As shown in FIG. 5, a processing furnace 202 is provided above the rear part of the casing 111. The lower end portion of the processing furnace 202 is configured to be opened and closed by a furnace port shutter (furnace port opening / closing mechanism) 147.
処理炉２０２の下方にはボート２１７を処理炉２０２に昇降させる昇降機構としてのボートエレベータ（基板保持具昇降機構）１１５が設けられ、ボートエレベータ１１５の昇降台に連結された連結具としてのアーム１２８には蓋体としてのシールキャップ２１９が水平に据え付けられており、シールキャップ２１９はボート２１７を垂直に支持し、処理炉２０２の下端部を閉塞可能なように構成されている。 Below the processing furnace 202 is provided a boat elevator (substrate holder lifting mechanism) 115 as a lifting mechanism for moving the boat 217 up and down to the processing furnace 202, and an arm 128 as a connecting tool connected to a lifting platform of the boat elevator 115. A seal cap 219 as a lid is horizontally installed, and the seal cap 219 is configured to support the boat 217 vertically and to close the lower end portion of the processing furnace 202.
ボート２１７は複数本の保持部材を備えており、複数枚（例えば、５０枚〜１５０枚程度）のウェーハ２００をその中心を揃えて垂直方向に整列させた状態で、それぞれ水平に保持するように構成されている。 The boat 217 includes a plurality of holding members so that a plurality of (for example, about 50 to 150) wafers 200 are horizontally held in a state where their centers are aligned in the vertical direction. It is configured.
さらに、カセット棚１０５の上方には、清浄化した雰囲気であるクリーンエアを供給するよう供給ファン及び防塵フィルタで構成されたクリーンユニット１３４ａが設けられておりクリーンエア１３３を前記筐体１１１の内部に流通させるように構成されている。
また、図５に模式的に示されているように、ウェーハ移載装置エレベータ１２５ｂおよびボートエレベータ１１５側と反対側である筐体１１１の左側端部には、クリーンエアを供給するよう供給フアンおよび防塵フィルタで構成されたクリーンユニット１３４ｂが設置されており、クリーンユニット１３４ｂから吹き出されたクリーンエアは、ウェーハ移載装置１２５ａ、ボート２１７を流通した後に、図示しない排気装置に吸い込まれて、筐体１１１の外部に排気されるようになっている。
Further, above the cassette shelf 105, a clean unit 134a composed of a supply fan and a dustproof filter is provided so as to supply clean air, which is a cleaned atmosphere, and the clean air 133 is placed inside the casing 111. It is configured to be distributed.
Further, as schematically shown in FIG. 5, a supply fan and a supply fan are provided so as to supply clean air to the left end portion of the casing 111 opposite to the wafer transfer device elevator 125 b and the boat elevator 115 side. A clean unit 134b composed of a dustproof filter is installed, and clean air blown out from the clean unit 134b is sucked into an exhaust device (not shown) after passing through the wafer transfer device 125a and the boat 217, and is 111 is exhausted to the outside.
次に、本発明の基板処理装置の動作について説明する。
図５に示されているように、カセット１１０がカセットステージ１１４に供給されるに先立って、カセット搬入搬出口１１２がフロントシャッタ１１３によって開放される。その後、カセット１１０はカセット搬入搬出口１１２から搬入され、カセットステージ１１４の上にウェーハ２００が垂直姿勢であって、カセット１１０のウェーハ出し入れ口が上方向を向くように載置される。その後、カセット１１０は、カセットステージ１１４によって、カセット１１０内のウェーハ２００が水平姿勢となり、カセット１１０のウェーハ出し入れ口が筐体後方を向けるように、筐体後方に右周り縦方向９０°回転させられる。
Next, the operation of the substrate processing apparatus of the present invention will be described.
As shown in FIG. 5, the cassette loading / unloading port 112 is opened by the front shutter 113 before the cassette 110 is supplied to the cassette stage 114. Thereafter, the cassette 110 is loaded from the cassette loading / unloading port 112 and placed on the cassette stage 114 so that the wafer 200 is in a vertical posture and the wafer loading / unloading port of the cassette 110 faces upward. Thereafter, the cassette 110 is rotated 90 degrees clockwise in the clockwise direction to the rear of the casing so that the wafer 200 in the cassette 110 is in a horizontal posture and the wafer loading / unloading port of the cassette 110 faces the rear of the casing by the cassette stage 114. .
次に、カセット１１０は、カセット棚１０５ないし予備カセット棚１０７の指定された棚位置へカセット搬送装置１１８によって自動的に搬送されて受け渡され、一時的に保管された後、カセット棚１０５ないし予備カセット棚１０７からカセット搬送装置１１８によって移載棚１２３に移載されるか、もしくは直接移載棚１２３に搬送される。 Next, the cassette 110 is automatically transported and delivered by the cassette transport device 118 to the designated shelf position of the cassette shelf 105 or the spare cassette shelf 107, temporarily stored, and then stored in the cassette shelf 105 or the spare shelf. It is transferred from the cassette shelf 107 to the transfer shelf 123 by the cassette transfer device 118 or directly transferred to the transfer shelf 123.
カセット１１０が移載棚１２３に移載されると、ウェーハ２００はカセット１１０からウェーハ移載装置１２５ａのツイーザ１２５ｃによってウェーハ出し入れ口を通じてピックアップされ、移載室１２４の後方にあるボート２１７に装填（チャージング）される。ボート２１７にウェーハ２００を受け渡したウェーハ移載装置１２５ａはカセット１１０に戻り、次のウェーハ１１０をボート２１７に装填する。 When the cassette 110 is transferred to the transfer shelf 123, the wafer 200 is picked up from the cassette 110 by the tweezer 125c of the wafer transfer device 125a through the wafer loading / unloading port, and loaded (charged) into the boat 217 at the rear of the transfer chamber 124. ) The wafer transfer device 125 a that has delivered the wafer 200 to the boat 217 returns to the cassette 110 and loads the next wafer 110 into the boat 217.
予め指定された枚数のウェーハ２００がボート２１７に装填されると、炉口シャッタ１４７によって閉じられていた処理炉２０２の下端部が、炉口シャッタ１４７によって、開放される。続いて、ウェーハ２００群を保持したボート２１７はシールキャップ２１９がボートエレベータ１１５によって上昇されることにより、処理炉２０２内へ搬入（ローディング）されて行く。 When a predetermined number of wafers 200 are loaded into the boat 217, the lower end of the processing furnace 202 closed by the furnace port shutter 147 is opened by the furnace port shutter 147. Subsequently, the boat 217 holding the wafers 200 is loaded into the processing furnace 202 when the seal cap 219 is lifted by the boat elevator 115.
ローディング後は、処理炉２０２にてウェーハ２００に任意の処理が実施される。
処理後は、上述の逆の手順で、ウェーハ２００およびカセット１１０は筐体１１１の外部へ払出される。
After loading, arbitrary processing is performed on the wafer 200 in the processing furnace 202.
After the processing, the wafer 200 and the cassette 110 are discharged out of the casing 111 in the reverse procedure described above.
次に、本発明に係る基板処理炉について図を参照して説明する。 Next, the substrate processing furnace according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図７は、本実施の形態で好適に用いられる縦型の基板処理炉の概略構成図であり、処理炉２０２部分を縦断面で示し、図７は本実施の形態で好適に用いられる縦型の基板処理炉の概略構成図であり、処理炉２０２部分を図７のＡ−Ａ線断面図で示す。 FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a vertical substrate processing furnace suitably used in the present embodiment, showing a processing furnace 202 portion in a longitudinal section, and FIG. 7 is a vertical type suitably used in the present embodiment. It is a schematic block diagram of the substrate processing furnace of, and shows the processing furnace 202 part with the sectional view on the AA line of FIG.
加熱装置（加熱手段）であるヒータ２０７の内側に、基板であるウェーハ２００を処理する反応容器としての反応管２０３が設けられ、この反応管２０３の下端には、例えばステンレス等によりマニホールド２０９が気密部材であるＯリング２２０を介して下端開口は蓋体であるシールキャップ２１９によりＯリング２２０を介して気密に閉塞され、少なくとも、反応管２０３、マニホールド２０９及びシールキャップ２１９により処理室２０１を形成している。シールキャップ２１９にはボート支持台２１８を介して基板保持部材（基板保持手段）であるボート２１７が立設され、ボート支持台２１８はボートを保持する保持体となっている。そして、ボート２１７は処理室２０１に挿入される。ボート２１７にはバッチ処理される複数のウェーハ２００が水平姿勢で管軸方向に多段に積載される。ヒータ２０７は処理室２０１に挿入されたウェーハ２００を所定の温度に加熱する。 A reaction tube 203 as a reaction vessel for processing the wafer 200 as a substrate is provided inside a heater 207 as a heating device (heating means), and a manifold 209 is airtight at the lower end of the reaction tube 203 by, for example, stainless steel. The lower end opening is hermetically closed through the O-ring 220 by a seal cap 219 as a lid through an O-ring 220 that is a member, and at least a processing chamber 201 is formed by the reaction tube 203, the manifold 209, and the seal cap 219. ing. A boat 217 as a substrate holding member (substrate holding means) is erected on the seal cap 219 via a boat support base 218, and the boat support base 218 serves as a holding body for holding the boat. Then, the boat 217 is inserted into the processing chamber 201. A plurality of wafers 200 to be batch-processed are stacked on the boat 217 in a horizontal posture in multiple stages in the tube axis direction. The heater 207 heats the wafer 200 inserted into the processing chamber 201 to a predetermined temperature.
処理室２０１へは複数種類、ここでは２種類の処理ガスを供給する供給経路としての２本のガス供給管（第１のガス供給管２３２ａ，第２のガス供給管２３２ｂ）が設けられている。第１のガス供給管２３２ａには上流方向から順に流量制御装置（流量制御手段）である液体マスフローコントローラ２４０、気化器２４２、及び開閉弁である第１のバルブ２４３ａを介し、キャリアガスを供給する第１のキャリアガス供給管２３４ａが合流されている。このキャリアガス供給管２３４ａには上流方向から順に流量制御装置（流量制御手段）である第２のマスフローコントローラ２４１ｂ、及び開閉弁である第３のバルブ２４３ｃが設けられている。また、第１のガス供給管２３２ａの先端部には、処理室２０１を構成している反応管２０３の内壁とウェーハ２００との間における円弧状の空間に、反応管２０３の下部より上部の内壁にウェーハ２００の積載方向に沿って、第１のノズル２３３ａが設けられ、第１のノズル２３３ａの側面にはガスを供給する供給孔である第１のガス供給孔２４８ａが設けられている。この第１のガス供給孔２４８ａは、下部から上部にわたってそれぞれ同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。 Two gas supply pipes (a first gas supply pipe 232a and a second gas supply pipe 232b) are provided as a supply path for supplying a plurality of types, here two types of processing gases, to the processing chamber 201. . Carrier gas is supplied to the first gas supply pipe 232a sequentially from the upstream direction via a liquid mass flow controller 240, which is a flow rate control device (flow rate control means), a vaporizer 242, and a first valve 243a, which is an on-off valve. The first carrier gas supply pipe 234a is joined. The carrier gas supply pipe 234a is provided with a second mass flow controller 241b which is a flow rate control device (flow rate control means) and a third valve 243c which is an on-off valve in order from the upstream direction. In addition, at the tip of the first gas supply pipe 232 a, an arc-shaped space between the inner wall of the reaction tube 203 constituting the processing chamber 201 and the wafer 200, an inner wall above the lower part of the reaction tube 203 is provided. A first nozzle 233a is provided along the stacking direction of the wafer 200, and a first gas supply hole 248a, which is a supply hole for supplying gas, is provided on a side surface of the first nozzle 233a. The first gas supply holes 248a have the same opening area from the lower part to the upper part, and are provided at the same opening pitch.
第２のガス供給管２３２ｂには上流方向から順に流量制御装置（流量制御手段）である第１のマスフローコントローラ２４１ａ、開閉弁である第２のバルブ２４３ｂを介し、キャリアガスを供給する第２のキャリアガス供給管２３４ｂが合流されている。このキャリアガス供給管２３４ｂには上流方向から順に流量制御装置（流量制御手段）である第３のマスフローコントローラ２４１ｃ、及び開閉弁である第４のバルブ２４３ｄが設けられている。また、第２のガス供給管２３２ｂの先端部には、処理室２０１を構成している反応管２０３の内壁とウェーハ２００との間における円弧状の空間に、反応管２０３の下部より上部の内壁にウェーハ２００の積載方向に沿って、第２のノズル２３３ｂが設けられ、第２のノズル２３３ｂの側面にはガスを供給する供給孔である第２のガス供給孔２４８ｂが設けられている。この第２のガス供給孔２４８ｂは、下部から上部にわたってそれぞれ同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。 A second gas supply pipe 232b is supplied with a carrier gas through a first mass flow controller 241a which is a flow rate control device (flow rate control means) and a second valve 243b which is an on-off valve in order from the upstream direction. The carrier gas supply pipe 234b is joined. The carrier gas supply pipe 234b is provided with a third mass flow controller 241c which is a flow rate control device (flow rate control means) and a fourth valve 243d which is an on-off valve in order from the upstream direction. In addition, at the tip of the second gas supply pipe 232b, an arc-shaped space between the inner wall of the reaction tube 203 constituting the processing chamber 201 and the wafer 200 has an inner wall above the lower portion of the reaction tube 203. A second nozzle 233b is provided along the loading direction of the wafer 200, and a second gas supply hole 248b, which is a supply hole for supplying gas, is provided on the side surface of the second nozzle 233b. The second gas supply holes 248b have the same opening area from the lower part to the upper part, and are provided at the same opening pitch.
第１のガス供給管２３２ａから供給される原料が液体の場合、第１のガス供給管２３２ａからは、液体マスフローコントローラ２４０、気化器２４２、及び第１のバルブ２４３ａを介し、第１のキャリアガス供給管２３４ａと合流し、更にノズル２３３ａを介して処理室２０１内に反応ガスが供給される。また、第２のガス供給管２３２ｂからは第１のマスフローコントローラ２４１ａ、第２のバルブ２４３ｂを介し、第２のキャリアガス供給管２３４ｂと合流し、更に第２のノズル２３３ｂを介して処理室２０１に反応ガスが供給される。 When the raw material supplied from the first gas supply pipe 232a is liquid, the first carrier gas is supplied from the first gas supply pipe 232a via the liquid mass flow controller 240, the vaporizer 242, and the first valve 243a. The reaction gas is supplied into the processing chamber 201 through the nozzle 233a after joining with the supply pipe 234a. Further, the second gas supply pipe 232b merges with the second carrier gas supply pipe 234b through the first mass flow controller 241a and the second valve 243b, and further through the second nozzle 233b, the processing chamber 201. The reaction gas is supplied to.
また、処理室２０１は、ガスを排気する排気管であるガス排気管２３１により第５のバルブ２４３ｅを介して排気装置（排気手段）である真空ポンプ２４６に接続され、真空排気されるようになっている。なお、この第５のバルブ２４３ｅは弁を開閉して処理室２０１の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調節して圧力調整可能となっている開閉弁である。 Further, the processing chamber 201 is connected to a vacuum pump 246 that is an exhaust device (exhaust means) via a fifth valve 243e via a gas exhaust pipe 231 that is an exhaust pipe for exhausting gas, and is evacuated. ing. The fifth valve 243e is an open / close valve that can open and close the valve to stop evacuation / evacuation of the processing chamber 201, and further adjust the valve opening to adjust the pressure.
反応管２０３内の中央部には、複数枚のウェーハ２００を多段に同一間隔で載置するボート２１７が設けられており、このボート２１７は、図示しないボートエレベータ機構により反応管２０３に出入りできるようになっている。また、処理の均一性を向上するためにボート２１７を回転するためのボート回転機構２６７が設けてあり、ボート回転機構２６７を駆動することにより、ボート支持台２１８に支持されたボート２１７を回転するようになっている。 A boat 217 for mounting a plurality of wafers 200 in multiple stages at the same interval is provided at the center of the reaction tube 203 so that the boat 217 can enter and exit the reaction tube 203 by a boat elevator mechanism (not shown). It has become. Further, a boat rotation mechanism 267 for rotating the boat 217 is provided to improve the uniformity of processing, and the boat 217 supported by the boat support 218 is rotated by driving the boat rotation mechanism 267. It is like that.
制御部（制御手段）であるコントローラ２８０は、液体マスフローコントローラ２４０、第１〜第３のマスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃ、第１〜第５のバルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、２４３ｄ、２４３ｅ、ヒータ２０７、真空ポンプ２４６、ボート回転機構２６７、図示しないボート昇降機構とに接続されており、液体マスフローコントローラ２４０、及び第１〜第３のマスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃの流量調整、第１〜第４のバルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、２４３ｄの開閉動作、第５のバルブ２４３ｅの開閉及び圧力調整動作、ヒータ２０７の温度調整、真空ポンプ２４６の起動・停止、ボート回転機構２６７の回転速度調節、ボート昇降機構の昇降動作制御が行われる。 The controller 280 serving as a control unit (control means) includes a liquid mass flow controller 240, first to third mass flow controllers 241a, 241b, 241c, first to fifth valves 243a, 243b, 243c, 243d, 243e, and a heater 207. , A vacuum pump 246, a boat rotation mechanism 267, and a boat elevating mechanism (not shown), and the liquid mass flow controller 240 and the flow rate adjustments of the first to third mass flow controllers 241a, 241b, 241c, first to fourth. Valves 243a, 243b, 243c, 243d, opening / closing and pressure adjustment operation of the fifth valve 243e, temperature adjustment of the heater 207, starting / stopping of the vacuum pump 246, adjustment of the rotation speed of the boat rotation mechanism 267, raising / lowering of the boat The mechanism is controlled to move up and down.
ここで、図９と図１０および図１２に本発明に係る気化器２４２の気化室２５０の一実施例を示す。気化室２５０は、第１の排出口２５２ａ、第２の排出口２５２ｂを有している。また、図１１に、本発明に係る気化器を設けた基板処理装置の一実施例を示す。 Here, FIGS. 9, 10 and 12 show an embodiment of the vaporizing chamber 250 of the vaporizer 242 according to the present invention. The vaporization chamber 250 has a first discharge port 252a and a second discharge port 252b. FIG. 11 shows an embodiment of a substrate processing apparatus provided with a vaporizer according to the present invention.
気化器２４２の気化室２５０にある第２の排出口２５２ｂから、排気管２５３に設けた第８のバルブ２４３ｈを介し、気化材料を排気する流路を設ける。また、もう一方の排出口である第１の排出口２５２ａより、第３のガス供給管２３２ｃに設けた第１のバルブ２４３ａを介して、気化材料を処理室２０１内に供給する流路を設けている。
従来と同様に、それぞれのバルブである第１のバルブ２４３ａ、第８のバルブ２４３ｈの開閉を操作し、気化材料の排気と供給を切り替えることで、過度状態の気化材料は排気し、安定状態になった気化材料は処理室２０１に供給することで、安定したウェーハ処理を得られる。
A flow path for exhausting the vaporized material is provided from the second exhaust port 252b in the vaporization chamber 250 of the vaporizer 242 through an eighth valve 243h provided in the exhaust pipe 253. In addition, a flow path for supplying the vaporized material into the processing chamber 201 from the first discharge port 252a which is the other discharge port is provided through the first valve 243a provided in the third gas supply pipe 232c. ing.
As in the prior art, by operating the opening and closing of the first valve 243a and the eighth valve 243h to switch the exhaust and supply of the vaporized material, the excessive vaporized material is exhausted and becomes stable. By supplying the vaporized material thus obtained to the processing chamber 201, stable wafer processing can be obtained.
次に、図１３に、本発明の他の実施例を示す。気化器２４２の気化室２５０は第１の排出口２５２ａ、第２の排出口２５２ｂ、第３の排出口２５２ｃを具備する。第２の排出口２５２ｂから、排気管２５３に設けた第８のバルブ２４３ｈを介し、気化材料を排気する流路を設ける。残る２つの排出口である第１の排出口２５２ａ、第３の排出口２５２ｃより、第３のガス供給管に設けた第１のバルブ２４３ａ、第４のガス供給管に設けた第７のバルブ２４３ｇを介し、さらに、ガス噴出位置が上下方向に異なる複数の第１のノズル２３３ａ、第３のノズル２３３ｃを介して、気化材料を処理室２０１内に供給する流路を設けている。 Next, FIG. 13 shows another embodiment of the present invention. The vaporization chamber 250 of the vaporizer 242 includes a first discharge port 252a, a second discharge port 252b, and a third discharge port 252c. A flow path for exhausting the vaporized material is provided from the second exhaust port 252b through an eighth valve 243h provided in the exhaust pipe 253. A first valve 243a provided in the third gas supply pipe and a seventh valve provided in the fourth gas supply pipe from the first two exhaust outlets 252a and 252c. Further, a flow path for supplying the vaporized material into the processing chamber 201 is provided through the plurality of first nozzles 233a and the third nozzles 233c through which the gas ejection positions are different in the vertical direction.
従来と同様に、第１のバルブ２４３ａ、第７のバルブ２４３ｇ、第８のバルブ２４３ｈの開閉を操作し、第１のノズル２３３ａと第３のノズル２３３ｃへの気化材料の供給と排気を切り替えることで、ウェーハ処理の均一性と安定性を得られる。 As in the prior art, the first valve 243a, the seventh valve 243g, and the eighth valve 243h are operated to switch between supply of vaporized material to the first nozzle 233a and the third nozzle 233c and exhaust. Thus, uniformity and stability of wafer processing can be obtained.
図１１と図１を比して、あるいは、図１２と図２を比しても、次の特徴がある。 Even if FIG. 11 is compared with FIG. 1 or FIG. 12 is compared with FIG.
・ 気化器２４２の２次側の流路分岐機構が無い。 -There is no channel branching mechanism on the secondary side of the vaporizer 242.
・ 気化器２４２から処理室２０１間に配されるバルブ数が最小限に抑えられている。 -The number of valves disposed between the vaporizer 242 and the processing chamber 201 is minimized.
・ 気化器２４２の２次側の構造がシンプルである。
上記(1)では、流路分岐が無くなることで、圧力損失と淀み点を低減させる効果が得られる。上記(2)では、バルブ数が最小限であることで、設置スペースが小さくなり、流路を短くすることが可能となり、これによっても圧力損失を低減させる効果が得られる。上記(3)では、気化器２４２の２次側の構造がシンプルであることで、配管やバルブを加熱するヒータの構造も単純化し、制御性能の向上やコスト低減、メンテナンスの容易さが得られる。
-The structure on the secondary side of the vaporizer 242 is simple.
In the above (1), the effect of reducing the pressure loss and the stagnation point can be obtained by eliminating the branching of the flow path. In the above (2), since the number of valves is minimized, the installation space is reduced, and the flow path can be shortened. This also provides the effect of reducing the pressure loss. In (3) above, since the structure of the secondary side of the carburetor 242 is simple, the structure of the heater for heating the pipes and valves is also simplified, improving control performance, reducing costs, and facilitating maintenance. .
以上のように、圧力損失と淀み点の低減により、気化材料の再液化を抑制する事が出来る。 As described above, reliquefaction of the vaporized material can be suppressed by reducing the pressure loss and the stagnation point.
次に、ＡＬＤ法を用いた成膜処理例について、半導体デバイスの製造工程の一つである、ＴＥＭＡＨ及びＯ３を用いてＨｆＯ２膜を成膜する例を基に説明する。 Next, an example of a film formation process using the ALD method will be described based on an example of forming an HfO 2 film using TEMAH and O 3, which is one of the semiconductor device manufacturing steps.
ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法の一つであるＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法は、ある成膜条件（温度、時間等）の下で、成膜に用いる少なくとも２種類の原料となる反応性ガスを１種類ずつ交互に基板上に供給し、１原子単位で基板上に吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う手法である。このとき、膜厚の制御は、反応性ガスを供給するサイクル数で行う（例えば、成膜速度が１Å／サイクルとすると、２０Åの膜を形成する場合、２０サイクル行う）。 ALD (Atomic Layer Deposition) method, which is one of CVD (Chemical Vapor Deposition) methods, uses reactive gases as at least two kinds of raw materials used for film formation under certain film formation conditions (temperature, time, etc.). This is a method in which one type is alternately supplied onto a substrate, adsorbed onto the substrate in units of one atom, and film formation is performed using a surface reaction. At this time, the film thickness is controlled by the number of cycles for supplying the reactive gas (for example, if the film forming speed is 1 kg / cycle, 20 cycles are performed when a 20 mm film is formed).
ＡＬＤ法では、例えばＨｆＯ２膜形成の場合、ＴＥＭＡＨ（Ｈｆ［ＮＣＨ３Ｃ２Ｈ５］４、テトラキスメチルエチルアミノハフニウム）とＯ３（オゾン）を用いて１８０〜２５０℃の低温で高品質の成膜が可能である。 In the ALD method, for example, in the case of forming an HfO 2 film, high-quality film formation is possible at a low temperature of 180 to 250 ° C. using TEMAH (Hf [NCH 3 C 2 H 5] 4, tetrakismethylethylaminohafnium) and O 3 (ozone).
まず、上述したようにウェーハ２００をボート２１７に装填し、処理室２０１に搬入する。ボート２１７を処理室２０１に搬入後、後述する３つのステップを順次実行する。 First, as described above, the wafer 200 is loaded into the boat 217 and loaded into the processing chamber 201. After the boat 217 is carried into the processing chamber 201, the following three steps are sequentially executed.
（ステップ１）
第１のガス供給管２３２ａにＴＥＭＡＨ、第１のキャリアガス供給管２３４ａにキャリアガス（Ｎ２）を流す。排気管２５３の第８のバルブ２４３ｈ、第１のキャリアガス供給管２３４ａの第３のバルブ２４３ｃ、およびガス排気管２３１の第５のバルブ２４３ｅを共に開ける。第３のガス供給管２３２ｃの第１のバルブ２４３ａは閉じる。キャリアガスは、第１のキャリアガス供給管２３４ａから流れ、第２のマスフローコントローラ２４１ｂにより流量調整される。ＴＥＭＡＨは、第１のガス供給管２３２ａから流れ、液体マスフローコントローラにより流量調整され、気化器２４２により気化される。気化材料が安定状態になると、排気管２５３の第８のバルブ２４３ｈを閉じて、第３のガス供給管２３２ｃの第１のバルブ２４３ａを開け、流量調整されたキャリアガスを混合し、第１のノズル２３３ａの第１のガス供給孔２４８ａから処理室２０１内に供給されつつガス排気管２３１から排気される。この時、第５のバルブ２４３ｅを適正に調整して処理室２０１内の圧力を所望の値に維持する。液体マスフローコントローラ２４０で制御するＴＥＭＡＨの供給量は０．０１〜０．１ｇ／ｍｉｎである。ＴＥＭＡＨガスにウェーハ２００を晒す時間は３０〜１８０秒間である。このときヒータ２０７温度はウェーハの温度が１８０〜２５０℃の範囲であって、所望の値になるように設定してある。
ＴＥＭＡＨを処理室２０１内に供給することで、ウェーハ２００上の下地膜などの表面部分と表面反応（化学吸着）する。
(Step 1)
TEMAH is passed through the first gas supply pipe 232a, and carrier gas (N2) is passed through the first carrier gas supply pipe 234a. The eighth valve 243h of the exhaust pipe 253, the third valve 243c of the first carrier gas supply pipe 234a, and the fifth valve 243e of the gas exhaust pipe 231 are all opened. The first valve 243a of the third gas supply pipe 232c is closed. The carrier gas flows from the first carrier gas supply pipe 234a and the flow rate is adjusted by the second mass flow controller 241b. TEMAH flows from the first gas supply pipe 232a, is adjusted in flow rate by the liquid mass flow controller, and is vaporized by the vaporizer 242. When the vaporized material becomes stable, the eighth valve 243h of the exhaust pipe 253 is closed, the first valve 243a of the third gas supply pipe 232c is opened, the carrier gas whose flow rate is adjusted is mixed, and the first gas The gas is exhausted from the gas exhaust pipe 231 while being supplied into the processing chamber 201 from the first gas supply hole 248a of the nozzle 233a. At this time, the pressure in the processing chamber 201 is maintained at a desired value by appropriately adjusting the fifth valve 243e. The supply amount of TEMAH controlled by the liquid mass flow controller 240 is 0.01 to 0.1 g / min. The time for exposing the wafer 200 to the TEMAH gas is 30 to 180 seconds. At this time, the heater 207 temperature is set so that the wafer temperature is in a range of 180 to 250 ° C. and becomes a desired value.
By supplying TEMAH into the processing chamber 201, surface reaction (chemical adsorption) with a surface portion such as a base film on the wafer 200 occurs.
（ステップ２）
第３のガス供給管２３２ｃの第１のバルブ２４３ａを閉め、ＴＥＭＡＨの供給を停止する。このときガス排気管２３１の第５のバルブ２４３ｅは開いたままとし、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を２０Ｐａ以下となるまで排気し、残留ＴＥＭＡＨガスを処理室２０１内から排除する。このときＮ２等の不活性ガスを処理室２０１内へ供給すると、更に残留ＴＥＭＡＨガスを排除する効果が高まる。
(Step 2)
The first valve 243a of the third gas supply pipe 232c is closed, and the supply of TEMAH is stopped. At this time, the fifth valve 243e of the gas exhaust pipe 231 is kept open, and the inside of the processing chamber 201 is exhausted to 20 Pa or less by the vacuum pump 246, and the residual TEMAH gas is removed from the processing chamber 201. At this time, if an inert gas such as N 2 is supplied into the processing chamber 201, the effect of eliminating residual TEMAH gas is further enhanced.
（ステップ３）
第２のガス供給管２３２ｂにＯ３、第２のキャリアガス供給管２３４ｂにキャリアガス（Ｎ２）を流す。第２のガス供給管２３２ｂの第２のバルブ２４３ｂ、第２のキャリアガス供給管２３４ｂの第４のバルブ２４３ｄを共に開ける。キャリアガスは、第２のキャリアガス供給管２３４ｂから流れ、第３のマスフローコントローラ２４１ｂにより流量調整される。Ｏ３は第２のガス供給管２３２ｂから流れ、第３のマスフローコントローラにより流量調整され、流量調整されたキャリアガスを混合し、第２のノズル２３３ｂの第２のガス供給孔２４８ｂから処理室２０１内に供給されつつガス排気管２３１から排気される。この時、第５のバルブ２４３ｅを適正に調整して処理室２０１内の圧力を所望の値に維持する。Ｏ３にウェーハ２００を晒す時間は１０〜１２０秒間である。このときのウェーハの温度が、ステップ１のＴＥＭＡＨガスの供給時と同じく１８０〜２５０℃の範囲であって、所望の値となるようヒータ２０７を設定する。Ｏ３の供給により、ウェーハ２００の表面に化学吸着したＴＥＭＡＨとＯ３とが表面反応して、ウェーハ２００上にＨｆＯ２膜が成膜される。
(Step 3)
O3 flows through the second gas supply pipe 232b, and carrier gas (N2) flows through the second carrier gas supply pipe 234b. Both the second valve 243b of the second gas supply pipe 232b and the fourth valve 243d of the second carrier gas supply pipe 234b are opened. The carrier gas flows from the second carrier gas supply pipe 234b, and the flow rate is adjusted by the third mass flow controller 241b. O3 flows from the second gas supply pipe 232b, the flow rate is adjusted by the third mass flow controller, the carrier gas whose flow rate is adjusted is mixed, and the inside of the processing chamber 201 is supplied from the second gas supply hole 248b of the second nozzle 233b. Is exhausted from the gas exhaust pipe 231. At this time, the pressure in the processing chamber 201 is maintained at a desired value by appropriately adjusting the fifth valve 243e. The time for exposing the wafer 200 to O3 is 10 to 120 seconds. The heater 207 is set so that the temperature of the wafer at this time is in the range of 180 to 250 ° C. as in the supply of the TEMAH gas in step 1 and becomes a desired value. By supplying O 3, TEMAH and O 3 chemically adsorbed on the surface of the wafer 200 react with each other, and an HfO 2 film is formed on the wafer 200.
成膜後、第２のガス供給管２３２ｂの第２のバルブ２４３ｂ及び、第２のキャリアガス供給管２３４ｂの第４のバルブ２４３ｄを閉じ、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、残留するＯ３の成膜に寄与した後のガスを排除する。このとき、Ｎ２等の不活性ガスを反応管２０３内に供給すると、更に残留するＯ３の成膜に寄与した後のガスを処理室２０１から排除する効果が高まる。 After the film formation, the second valve 243b of the second gas supply pipe 232b and the fourth valve 243d of the second carrier gas supply pipe 234b are closed, and the inside of the processing chamber 201 is evacuated by the vacuum pump 246, and remains. The gas after contributing to the film formation of O3 is eliminated. At this time, when an inert gas such as N 2 is supplied into the reaction tube 203, the effect of removing the gas after contributing to the film formation of the remaining O 3 from the processing chamber 201 is enhanced.
また、上述したステップ１〜３を１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことにより、ウェーハ２００上に所定の膜厚のＨｆＯ２膜を成膜することができる。 Further, steps 1 to 3 described above are defined as one cycle, and by repeating this cycle a plurality of times, an HfO 2 film having a predetermined thickness can be formed on the wafer 200.
また、ＡＬＤ法を用いた他の成膜処理例について、半導体デバイスの製造工程の一つである、ＴＥＭＡＨ及びＯ３を用いてＨｆＯ２膜を成膜する例を基に説明する。 Further, another film forming process example using the ALD method will be described based on an example in which a HfO 2 film is formed using TEMAH and O 3 which is one of the semiconductor device manufacturing steps.
まず、上述したようにウェーハ２００をボート２１７に装填し、処理室２０１に搬入する。ボート２１７を処理室２０１に搬入後、後述する３つのステップを順次実行する。 First, as described above, the wafer 200 is loaded into the boat 217 and loaded into the processing chamber 201. After the boat 217 is carried into the processing chamber 201, the following three steps are sequentially executed.
（ステップ１）
第１のガス供給管２３２ａにＴＥＭＡＨ、第１のキャリアガス供給管２３４ａにキャリアガス（Ｎ２）を流す。排気管２５３の第８のバルブ２４３ｈ、第１のキャリアガス供給管２３４ａの第３のバルブ２４３ｃ、およびガス排気管２３１の第５のバルブ２４３ｅを共に開ける。第３のガス供給管２３２ｃの第１のバルブ２４３ａ、第４のガス供給管２３２ｄの第７のバルブ２４３ｇは閉じる。キャリアガスは、第１のキャリアガス供給管２３４ａから流れ、第２のマスフローコントローラ２４１ｂにより流量調整される。ＴＥＭＡＨは、第１のガス供給管２３２ａから流れ、液体マスフローコントローラにより流量調整され、気化器２４２により気化される。気化材料が安定状態になると、排気管２５３の第８のバルブ２４３ｈを閉じて、第３のガス供給管２３２ｃの第１のバルブ２４３ａおよび第４のガス供給管２３３ｄの第７のバルブ２４３ｇを開け、流量調整されたキャリアガスを混合し、第１のノズル２３３ａの第１のガス供給孔２４８ａおよび第３のノズル２３３ｃの第３のガス供給孔（図示せず）から処理室２０１内に供給されつつガス排気管２３１から排気される。この時、第５のバルブ２４３ｅを適正に調整して処理室２０１内の圧力を所望の値に維持する。液体マスフローコントローラ２４０で制御するＴＥＭＡＨの供給量は０．０１〜０．１ｇ／ｍｉｎである。ＴＥＭＡＨガスにウェーハ２００を晒す時間は３０〜１８０秒間である。このときヒータ２０７温度はウェーハの温度が１８０〜２５０℃の範囲であって、所望の値になるように設定してある。
ＴＥＭＡＨを処理室２０１内に供給することで、ウェーハ２００上の下地膜などの表面部分と表面反応（化学吸着）する。
(Step 1)
TEMAH is passed through the first gas supply pipe 232a, and carrier gas (N2) is passed through the first carrier gas supply pipe 234a. The eighth valve 243h of the exhaust pipe 253, the third valve 243c of the first carrier gas supply pipe 234a, and the fifth valve 243e of the gas exhaust pipe 231 are all opened. The first valve 243a of the third gas supply pipe 232c and the seventh valve 243g of the fourth gas supply pipe 232d are closed. The carrier gas flows from the first carrier gas supply pipe 234a and the flow rate is adjusted by the second mass flow controller 241b. TEMAH flows from the first gas supply pipe 232a, is adjusted in flow rate by the liquid mass flow controller, and is vaporized by the vaporizer 242. When the vaporized material becomes stable, the eighth valve 243h of the exhaust pipe 253 is closed, and the first valve 243a of the third gas supply pipe 232c and the seventh valve 243g of the fourth gas supply pipe 233d are opened. The carrier gas whose flow rate is adjusted is mixed and supplied into the processing chamber 201 from the first gas supply hole 248a of the first nozzle 233a and the third gas supply hole (not shown) of the third nozzle 233c. While exhausting from the gas exhaust pipe 231. At this time, the pressure in the processing chamber 201 is maintained at a desired value by appropriately adjusting the fifth valve 243e. The supply amount of TEMAH controlled by the liquid mass flow controller 240 is 0.01 to 0.1 g / min. The time for exposing the wafer 200 to the TEMAH gas is 30 to 180 seconds. At this time, the heater 207 temperature is set so that the wafer temperature is in a range of 180 to 250 ° C. and becomes a desired value.
By supplying TEMAH into the processing chamber 201, surface reaction (chemical adsorption) with a surface portion such as a base film on the wafer 200 occurs.
（ステップ２）
第１のガス供給管２３２ａの第１のバルブ２４３ａを閉め、ＴＥＭＡＨの供給を停止する。このときガス排気管２３１の第５のバルブ２４３ｅは開いたままとし、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を２０Ｐａ以下となるまで排気し、残留ＴＥＭＡＨガスを処理室２０１内から排除する。このときＮ２等の不活性ガスを処理室２０１内へ供給すると、更に残留ＴＥＭＡＨガスを排除する効果が高まる。
(Step 2)
The first valve 243a of the first gas supply pipe 232a is closed, and the supply of TEMAH is stopped. At this time, the fifth valve 243e of the gas exhaust pipe 231 is kept open, and the inside of the processing chamber 201 is exhausted to 20 Pa or less by the vacuum pump 246, and the residual TEMAH gas is removed from the processing chamber 201. At this time, if an inert gas such as N 2 is supplied into the processing chamber 201, the effect of eliminating residual TEMAH gas is further enhanced.
（ステップ３）
第２のガス供給管２３２ｂにＯ３、第２のキャリアガス供給管２３４ｂにキャリアガス（Ｎ２）を流す。第２のガス供給管２３２ｂの第２のバルブ２４３ｂ、第２のキャリアガス供給管２３４ｂの第４のバルブ２４３ｄを共に開ける。キャリアガスは、第２のキャリアガス供給管２３４ｂから流れ、第３のマスフローコントローラ２４１ｂにより流量調整される。Ｏ３は第２のガス供給管２３２ｂから流れ、第３のマスフローコントローラにより流量調整され、流量調整されたキャリアガスを混合し、第２のノズル２３３ｂの第２のガス供給孔２４８ｂから処理室２０１内に供給されつつガス排気管２３１から排気される。この時、第５のバルブ２４３ｅを適正に調整して処理室２０１内の圧力を所望の値に維持する。Ｏ３にウェーハ２００を晒す時間は１０〜１２０秒間である。このときのウェーハの温度が、ステップ１のＴＥＭＡＨガスの供給時と同じく１８０〜２５０℃の範囲であって、所望の値となるようヒータ２０７を設定する。Ｏ３の供給により、ウェーハ２００の表面に化学吸着したＴＥＭＡＨとＯ３とが表面反応して、ウェーハ２００上にＨｆＯ２膜が成膜される。
(Step 3)
O3 flows through the second gas supply pipe 232b, and carrier gas (N2) flows through the second carrier gas supply pipe 234b. Both the second valve 243b of the second gas supply pipe 232b and the fourth valve 243d of the second carrier gas supply pipe 234b are opened. The carrier gas flows from the second carrier gas supply pipe 234b, and the flow rate is adjusted by the third mass flow controller 241b. O3 flows from the second gas supply pipe 232b, the flow rate is adjusted by the third mass flow controller, the carrier gas whose flow rate is adjusted is mixed, and the inside of the processing chamber 201 is supplied from the second gas supply hole 248b of the second nozzle 233b. Is exhausted from the gas exhaust pipe 231. At this time, the pressure in the processing chamber 201 is maintained at a desired value by appropriately adjusting the fifth valve 243e. The time for exposing the wafer 200 to O3 is 10 to 120 seconds. The heater 207 is set so that the temperature of the wafer at this time is in the range of 180 to 250 ° C. as in the supply of the TEMAH gas in step 1 and becomes a desired value. By supplying O 3, TEMAH and O 3 chemically adsorbed on the surface of the wafer 200 react with each other, and an HfO 2 film is formed on the wafer 200.
成膜後、第２のガス供給管２３２ｂの第２のバルブ２４３ｂ及び、第２のキャリアガス供給管２３４ｂの第４のバルブ２４３ｄを閉じ、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、残留するＯ３の成膜に寄与した後のガスを排除する。このとき、Ｎ２等の不活性ガスを反応管２０３内に供給すると、更に残留するＯ３の成膜に寄与した後のガスを処理室２０１から排除する効果が高まる。 After the film formation, the second valve 243b of the second gas supply pipe 232b and the fourth valve 243d of the second carrier gas supply pipe 234b are closed, and the inside of the processing chamber 201 is evacuated by the vacuum pump 246, and remains. The gas after contributing to the film formation of O3 is eliminated. At this time, when an inert gas such as N 2 is supplied into the reaction tube 203, the effect of removing the gas after contributing to the film formation of the remaining O 3 from the processing chamber 201 is enhanced.
また、上述したステップ１〜３を１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことにより、ウェーハ２００上に所定の膜厚のＨｆＯ２膜を成膜することができる。 Further, steps 1 to 3 described above are defined as one cycle, and by repeating this cycle a plurality of times, an HfO 2 film having a predetermined thickness can be formed on the wafer 200.
以上では、ＡＬＤ法を用いた成膜処理例として、半導体デバイスの製造工程の一つである、ＴＥＭＡＨ及びＯ３を用いてＨｆＯ２膜を成膜する例を基に説明を行ったが、本発明は例えば、チタン酸バリウムストロンチウム（BST）膜や他のHigh-k膜など、他の膜種を成膜する例にも適用される。 In the above, as an example of the film forming process using the ALD method, the description has been given based on the example of forming the HfO 2 film using TEMAH and O 3, which is one of the manufacturing steps of the semiconductor device. For example, the present invention is also applied to an example of forming other film types such as a barium strontium titanate (BST) film and other high-k films.
以上のように、本発明によれば、気化材料の再液化のリスクを低減し、生産性を向上させた半導体製造装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a semiconductor manufacturing apparatus in which the risk of re-liquefaction of the vaporized material is reduced and the productivity is improved.
２００ ウェーハ
２０２ 処理炉
２０７ ヒータ
２３１ ガス排気管
２３２ａ 第１のガス供給管
２３２ｂ 第２のガス供給管
２３２ｃ 第３のガス供給管
２３２ｄ 第４のガス供給管
２３３ａ 第１のノズル
２３３ｂ 第２のノズル
２３３ｃ 第３のノズル
２３４ａ 第１のキャリアガス供給管
２３４ｂ 第２のキャリアガス供給管
２４０ 液体マスフローコントローラ
２４１ａ 第１のマスフローコントローラ
２４１ｂ 第２のマスフローコントローラ
２４１ｃ 第３のマスフローコントローラ
２４２ 気化器
２４３ａ 第１のバルブ
２４３ｂ 第２のバルブ
２４３ｃ 第３のバルブ
２４３ｄ 第４のバルブ
２４３ｅ 第５のバルブ
２４３ｆ 第６のバルブ
２４３ｇ 第７のバルブ
２４３ｈ 第８のバルブ
２４６ 真空ポンプ
２４８ａ 第１のガス供給孔
２４８ｂ 第２のガス供給孔
２５０ 気化室
２５１ 導入口
２５２ａ 第１の排出口
２５２ｂ 第２の排出口
２５２ｃ 第３の排出口
２５３ 排気管
200 Wafer 202 Processing furnace 207 Heater 231 Gas exhaust pipe 232a First gas supply pipe 232b Second gas supply pipe 232c Third gas supply pipe 232d Fourth gas supply pipe 233a First nozzle 233b Second nozzle 233c Third nozzle 234a First carrier gas supply pipe 234b Second carrier gas supply pipe 240 Liquid mass flow controller 241a First mass flow controller 241b Second mass flow controller 241c Third mass flow controller 242 Vaporizer 243a First valve 243b second valve 243c third valve 243d fourth valve 243e fifth valve 243f sixth valve 243g seventh valve 243h eighth valve 246 vacuum pump 248a first gas supply hole 248b second gas Serving The hole 250 vaporization chamber 251 inlet 252a 1 outlet 252b the second outlet 252c third outlet 253 exhaust pipe
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